2018-2019年高中化學(xué) 第04章 電化學(xué)基礎(chǔ) 專題4.3.1 電解原理導(dǎo)學(xué)案 新人教版選修4.doc

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4-3-1 電解池（第一課時(shí)） 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1． 理解電解原理，初步掌握一般電解反應(yīng)產(chǎn)物的判斷方法 2． 掌握電解質(zhì)溶液中離子的放電順序及電解質(zhì)溶液的電解規(guī)律（惰性電極） 3．掌握電解電極方程式的書寫 【學(xué)習(xí)重難點(diǎn)】 學(xué)習(xí)重點(diǎn)：掌握電解電極方程式的書寫；掌握電解質(zhì)溶液中離子的放電順序及電解質(zhì)溶液的電解規(guī)律（惰性電極） 學(xué)習(xí)難點(diǎn)：掌握電解電極方程式的書寫；掌握電解質(zhì)溶液中離子的放電順序及電解質(zhì)溶液的電解規(guī)律（惰性電極） 【自主預(yù)習(xí)】 一． 電解原理 1．實(shí)驗(yàn)探究：教材P79頁“實(shí)驗(yàn)4-2” 【問題1】通電前，CuCl2溶液中存在 陽離子： 陰離子： 【問題2】如圖所示：與電源正極相連的電極叫 極，與電源負(fù)極相連的電極叫 極。 通電后，溶液中的離子如何運(yùn)動(dòng)？ 陽離子向 極移動(dòng)，陰離子向 極移動(dòng) 【問題3】預(yù)測一下將發(fā)生怎樣的電極反應(yīng)？ 在陰極上發(fā)生電極反應(yīng)（或者說放電）的離子是 在陽極上放電的離子是 給CuCl2溶液通電時(shí)現(xiàn)象： 陰極上： ，經(jīng)檢驗(yàn)該物質(zhì)是 。 陽極上： ，經(jīng)檢驗(yàn)該物質(zhì)是 。 電極反應(yīng)式： 陽極： 反應(yīng)類型： 反應(yīng)。 陰極： 反應(yīng)類型： 反應(yīng)。 總反應(yīng)式： 過程分析：CuCl2溶液能導(dǎo)電是因?yàn)榇嬖? ，通電后這些自由移動(dòng)的離子，在電場作用下作 移動(dòng)，帶負(fù)電的氯離子向 極移動(dòng)，在陽極，氯離子失去電子被 為氯原子，并兩兩結(jié)合成氯分子，從陽極放出，帶正電的銅離子向 極移動(dòng)，在陰極銅離子獲得電子被 成銅原子，覆蓋在陰極上。 2． 電解：使電流通過 溶液而在陰、陽兩極引起 的過程。 該過程中 能轉(zhuǎn)化為 能。 這是一個(gè) 過程（物理？化學(xué)？） 顯然：電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程就是 的過程。 3． 電解池：將 能轉(zhuǎn)化為 能的裝置。 4．原電池與電解池的比較 裝置類別 原電池 電解池 原理（能量轉(zhuǎn)化） 離子遷移方向 發(fā)生氧化反應(yīng)的電極 發(fā)生還原反應(yīng)的電極 相同點(diǎn) (從原理分析 二．電解電極反應(yīng)的分析 1． 放電順序 陰極： 由于陰極上要 電子，不管陰極材料是金屬還是石墨，此時(shí)都不能得電子，因此只能是溶液中的 得電子。陽離子氧化性越強(qiáng)就越 得電子。 金屬越不活潑，對應(yīng)陽離子氧化性越 ，越 得電子。 由此根據(jù)金屬活動(dòng)順序表，分析下列離子得電子能力的強(qiáng)弱： （1）金屬活動(dòng)順序表 （2）（用“〉”表示）Ag+ Hg2+ (Fe3+ )Cu2+ H+(酸) Pb2+ Fe2+ Zn2+ Al3＋… （3） 、 、 、 、 等活潑金屬陽離子在水溶液中電解時(shí)不得電子。 【小結(jié)】 質(zhì)量增加，或有氫氣產(chǎn)生的電極一定是 極。 陽極： ①活性材料作電極時(shí)：金屬在陽極 電子被 成 離子進(jìn)人溶液， ②用惰性電極(Pt、Au、石墨、鈦等)時(shí)：溶液中陰離子的放電順序（由易到難）（用“〉”表示）： S2－ I－ Br－ Cl－ OH－（水或堿） 最高價(jià)含氧酸根離子 F－ 【小結(jié)】當(dāng)陽極為活潑金屬時(shí)，金屬電極優(yōu)先放電。 2． 電解質(zhì)溶液電解規(guī)律： 實(shí) 例 電極反應(yīng) PH 變化 使電解質(zhì)溶液復(fù)原的物質(zhì) 電解溶劑型 含氧酸 H2SO4 陰極： 陽極： 總反應(yīng)： 強(qiáng)堿 NaOH 活潑金屬的含氧酸鹽 Na2SO4 電解溶質(zhì)型 無氧酸 HCl 陰極： 陽極： 總反應(yīng)： 不活潑金屬的無氧酸鹽 CuCl2 陰極： 陽極： 總反應(yīng)： 溶劑和溶質(zhì)均被電解型 活潑金屬的無氧酸鹽 NaCl 陰極： 陽極： 總反應(yīng)： 不活潑金屬的含氧酸鹽 CuSO4 陰極： 陽極： 總反應(yīng)： 【小結(jié)】 用惰性電極電解時(shí)，若使電解后的溶液恢復(fù)原狀態(tài)，應(yīng)遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原則，一般加入陰極產(chǎn)物與陽極產(chǎn)物的化合物。 3．電極方程式的書寫（以電解ZnSO4為例） ①標(biāo)出電極名稱—陰極或陽極；分析、比較出陰陽極分別放電的離子： ②寫出電極方程式： 陽極： ；反應(yīng)類型： 反應(yīng)。 陰極： ；反應(yīng)類型： 反應(yīng)。 陰、陽兩極中得、失電子的總數(shù)要 ，每一極上都要滿足 和 守恒， ③兩極半反應(yīng)相加得總方程式； 【練習(xí)】用石墨電極電解下列電解質(zhì)溶液，寫出其電極反應(yīng)式（注意得失電子的順序） （1） AgNO3 陰極： 陽極 總方程式： （2） KCl 陰極： 陽極 總方程式： 【預(yù)習(xí)檢測】 1. 下列關(guān)于電解池的敘述中不正確的是（ ） A. 與電源正極相連的是電解池的陰極 B. 與電源負(fù)極相連的是電解池的陰極 C. 在電解池的陽極發(fā)生氧化反應(yīng) D. 電子從電源的負(fù)極沿導(dǎo)線流入電解池的陰極 2． 下列關(guān)于電解池形成的閉合回路的敘述中，正確的是（ ） A．電解池的閉合回路僅是電子的定向移動(dòng)形成的 B．金屬導(dǎo)線中，電子從電源的負(fù)極流向電解池的陽極，從電解池的陰極流向電源的正極 C．電解熔融的NaCl時(shí)，Cl-向陰極移動(dòng)，Na+向陽極移動(dòng) D．相同時(shí)間內(nèi)，陽離子在陰極上得到的電子與陰離子在陽極上失去的電子數(shù)相等 合作探究 探究活動(dòng)一：電解的原理 1． 右圖為工業(yè)上電解熔融氯化鈉生產(chǎn)金屬鈉的裝置示意圖。容器中盛有熔融的氯化鈉， 兩側(cè)分別插入石墨片和鐵片作為電極材料，兩個(gè)電極分別與電源的正極和負(fù)極相連。 （1）通電前，熔融NaCl中存在的微粒有 ，這些微粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是 。 （2）通電后離子運(yùn)動(dòng)方向：陽離子 (填離子符號)移向鐵電極，發(fā)生 反應(yīng)；陰離子 (填離子符號)移向石墨電極，發(fā)生 反應(yīng)。電極上發(fā)生的變化是①鐵電極：2Na＋＋2e－===2Na；②石墨電極：2Cl－－2e－===Cl2↑。 （3）由以上分析可知：熔融的NaCl在 作用下發(fā)生了 ，分解生成了 。 2．電解和電解池 （1）電解是使直流電通過 或熔融電解質(zhì)而在兩個(gè)電極上引起 的過程。 （2）電解池是將 轉(zhuǎn)化為 的裝置。 （3）電極名稱 陰極：與電源 相連的電極，發(fā)生 反應(yīng)； 陽極：與電源 相連的電極，發(fā)生 反應(yīng)。 （4）電解池的構(gòu)成條件：具有與 相連接的兩個(gè)電極(陰極、陽極)，插入 溶液或熔融電解質(zhì)中，形成 。 [歸納總結(jié)] （1）電解池的工作原理示意圖 （2）電解質(zhì)導(dǎo)電的過程就是電解質(zhì)的電解過程。 【學(xué)以致用】 1．下列關(guān)于電解池的敘述中，正確的是 ( ) A．電解池中的閉合回路僅是由電子的定向運(yùn)動(dòng)形成的 B．金屬導(dǎo)線中，電子從電源的負(fù)極流向電解池的陽極，從電解池的陰極流向電源的正極 C．在電解質(zhì)溶液中，陰離子向陰極移動(dòng)，陽離子向陽極移動(dòng) D．相同時(shí)間內(nèi)，陽離子在陰極上得到的電子數(shù)與陰離子在陽極上失去的電子數(shù)相等 探究活動(dòng)二：酸、堿、鹽溶液的電解規(guī)律 1． 按右圖所示裝置完成CuCl2溶液的電解實(shí)驗(yàn)： （1）實(shí)驗(yàn)過程中觀察到的現(xiàn)象是： ①檢流計(jì)指針 ； ②與負(fù)極相連的b極上逐漸覆蓋了一層 ； ③與正極相連的a極一側(cè)有 產(chǎn)生，能使?jié)駶櫟牡矸?KI試紙 。 （2）實(shí)驗(yàn)結(jié)論是 （3）實(shí)驗(yàn)原理分析 ①氯化銅溶液中的電離過程有CuCl2===Cu2＋＋2Cl－，H2OH＋＋OH－；溶液中存在的離子有 。通電前，這些離子在溶液中做自由運(yùn)動(dòng)。 ②通電時(shí)，在電場的作用下，溶液中的離子做 ，即 趨向a極， 趨向b極。 ③a極電極反應(yīng)式是2Cl－－2e－===Cl2↑，b極電極反應(yīng)式是Cu2＋＋2e－===Cu，總反應(yīng)式是CuCl2Cu＋Cl2↑。 2．有下列兩組離子：①Cu2＋、Na＋、H＋、Ag＋；②Cl－、I－、SO、OH－。用惰性電極電解時(shí)，移向陽極的是 ，放電先后順序是 ；移向陰極的是 ，放電先后順序是 。 3．用惰性電極電解下列酸、堿、鹽電解質(zhì)溶液：①H2SO4；②HCl；③NaOH；④Na2SO4；⑤CuCl2；⑥NaCl；⑦CuSO4?；卮鹣铝袉栴}： （1）陰極反應(yīng)式與①相同的有 ，其電極反應(yīng)式是2H＋＋2e－===H2↑；與⑤相同的有 ，其電極反應(yīng)式是Cu2＋＋2e－===Cu。 （2）陽極反應(yīng)式與①相同的有 ，其電極反應(yīng)式是4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；與②相同的有 ，其電極反應(yīng)式是2Cl－－2e－===Cl2↑。 （3）寫出下列電解的化學(xué)方程式 ③ ⑥ ⑦ （4）只水發(fā)生電解的是 ，只電解質(zhì)本身發(fā)生電解的是 ，電解質(zhì)和水都發(fā)生電解的是 。 （5）電解后溶液的pH顯著增大的是 ，減小的是 ，不變的是 。 （6）欲使電解后的溶液復(fù)原，只加入水的是 ，只加入電解質(zhì)的是 ；欲使電解后的⑥復(fù)原需 ，欲使電解后的⑦復(fù)原需加入 。 [歸納總結(jié)] 1．分析電解問題的基本方法思路 （1）通電前：電解質(zhì)溶液中含有哪些陰、陽離子(包括水電離出的H＋和OH－)。 （2）通電時(shí)：陰離子移向陽極，陽離子移向陰極，結(jié)合放電順序分析誰優(yōu)先放電(注意活潑金屬作陽極時(shí)優(yōu)先放電)。 （3）正確書寫電極反應(yīng)式，要注意原子數(shù)、電荷數(shù)是否守恒。 （4）能結(jié)合題目要求分析電解時(shí)的各種變化情況，如兩極現(xiàn)象、水的電離平衡移動(dòng)、離子濃度的變化、pH變化等。 2．電極反應(yīng)規(guī)律 （1）陰極：無論是惰性電極還是活性電極都不參與電極反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)的是溶液中的陽離子。陽離子放電順序：Ag＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋…… （2）陽極：電極材料本身失去電子被氧化而溶入溶液中，或者溶液中還原性強(qiáng)的陰離子失去電子被氧化。其放電順序：金屬陽極>S2－>I－>Cl－>OH－>含氧酸根。 3．用惰性電極進(jìn)行電解時(shí)的電解規(guī)律 用惰性電極進(jìn)行電解時(shí)各種變化情況簡析： 類型 電極反應(yīng)特點(diǎn) 溶液種類 電解對象 電解質(zhì)濃度 pH 電解質(zhì)溶液復(fù)原 電解水型 陰極： 陽極： NaOH H2SO4 Na2SO4 電解電解質(zhì)型 電解質(zhì)電離出的陰、陽離子分別在兩極放電 HCl CuCl2 放H2生堿型 陰極：H2O放出H2生成堿 陽極：電解質(zhì)的陰離子放電 NaCl 放O2生酸型 陰極：電解質(zhì)的陽離子放電 陽極：H2O放出O2生成酸 CuSO4 【學(xué)以致用】 2．用惰性電極電解AgNO3溶液，下列說法不正確的是( ) A．電解過程中陰極質(zhì)量不斷增加 B．電解過程中溶液的pH不斷降低 C．此時(shí)向溶液中加入適量的Ag2O固體可使溶液恢復(fù)到電解前的狀況 D．電解后兩極產(chǎn)生的氣體體積比為2∶1 3．用石墨作電極電解CuCl2和KCl的混合溶液，電解初期陰極和陽極分別析出的物質(zhì)是( ) A．H2、Cl2 B．Cu、Cl2 C．H2、O2 D．Cu、O2 【歸納總結(jié)】 【鞏固練習(xí)】 1．如圖所示的裝置能夠組成電解池的是( ) 2．下列關(guān)于電解池工作原理的說法中，錯(cuò)誤的是( ) A．電解池是一種將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置 B．電解池中發(fā)生的反應(yīng)是非自發(fā)的氧化還原反應(yīng) C．電解池工作時(shí)，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng) D．電解池放電時(shí)，電極本身不會(huì)參加電極反應(yīng) 3．用石墨作電極，電解下列物質(zhì)的溶液，其實(shí)質(zhì)不是電解水的是( ) A．NaNO3 B．NaOH C．Na2SO4 D．NaCl 4．用惰性電極電解下列溶液，其中隨著電解的進(jìn)行，溶液pH逐漸減小的是( ) ①氯化鈉溶液 ②硫酸銅溶液 ③氫氧化鈉溶液 ④稀硫酸 ⑤稀鹽酸 ⑥硫酸鈉溶液 A．①③⑤ B．②④⑤ C．②④ D．②④⑥ 5．用惰性電極電解下列溶液一段時(shí)間后再加入一定量的某種物質(zhì)(方括號內(nèi)物質(zhì))，能夠使溶液恢復(fù)到原來的成分和濃度的是( ) A．AgNO3[AgNO3] B．NaOH[H2O] C．KCl[KCl] D．CuSO4[Cu(OH)2] 6．在某電解質(zhì)溶液中，用M和N作電極，通電一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)M極質(zhì)量減小，N極質(zhì)量增大，符合這一情況的是( ) A．電解質(zhì)溶液是稀硫酸 B．金屬M(fèi)是陽極，N是陰極 C．M和N是石墨電極 D．M是陰極，N是陽極 7．用惰性電極電解CuSO4溶液。若陰極上析出Cu的質(zhì)量為3．2 g，則陽極上產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為________________________________； 常溫下，若將電解后的溶液稀釋至1 L，則溶液的pH約為________。 【總結(jié)與反思】 通過自評、互評、師評相結(jié)合對本節(jié)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行反思感悟。 【參考答案】 【自主預(yù)習(xí)】 一、4． 【預(yù)習(xí)檢測】 1． A 2． D 【合作探究】 探究活動(dòng)二 1．（1）①發(fā)生偏轉(zhuǎn)；②紅色物質(zhì)；③有刺激性氣味的氣體，變藍(lán)（2）電解質(zhì)CuCl2溶液在導(dǎo)電過程中有金屬銅析出，并產(chǎn)生了氯氣；（3）①Cu2＋、Cl－、H＋、OH－，②定向移動(dòng)， Cl－、OH－，Cu2＋、H＋ 2. ②， I－>Cl－>OH－>SO42￣；①，Ag＋>Cu2＋>H＋>Na＋。 3. （1）②③④⑥，⑦（2）③④⑦，⑤⑥ （3）③2H2O2H2↑＋O2↑；⑥2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；⑦2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑。 （4）①③④，②⑤，⑥⑦（5）②③⑥，①⑦，④⑤（6）①③④，②⑤，通入HCl氣體，CuO 【歸納總結(jié)】 類型 電極反應(yīng)特點(diǎn) 溶液種類 電解對象 電解質(zhì)濃度 pH 電解質(zhì)溶液復(fù)原 電解水型 陰極：2H＋＋2e－===H2↑ 陽極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ NaOH 水 增大 增大 加水 H2SO4 水 增大 減小 加水 Na2SO4 水 增大 不變 加水 電解電解質(zhì)型 電解質(zhì)電離出的陰、陽離子分別在兩極放電 HCl 電解質(zhì) 減小 增大 加氯化氫 CuCl2 電解質(zhì) 減小 略增大 加氯化銅 放H2生堿型 陰極：H2O放出H2生成堿 陽極：電解質(zhì)的陰離子放電 NaCl 電解質(zhì)和水 生成新電解質(zhì) 增大 加氯化氫 放O2生酸型 陰極：電解質(zhì)的陽離子放電 陽極：H2O放出O2生成酸 CuSO4 電解質(zhì)和水 生成新電解質(zhì) 減小 加氧化銅 普通化學(xué)方程式 熱化學(xué)方程式 化學(xué)計(jì)量數(shù) 是整數(shù)，既表示微粒個(gè)數(shù)又表示該物質(zhì)的物質(zhì)的量 可以是整數(shù)也可以是分?jǐn)?shù)，只表示該物質(zhì)的物質(zhì)的量 狀態(tài) 不要求注明 必須在分子式后注明 ΔH正負(fù)號及單位 無 必須注明(正號常省略) 意義 表明了化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化 不僅表明了化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化，也表明了化學(xué)反應(yīng)中的能量變化 遵循規(guī)律 原子守恒 原子守恒和能量守恒 【學(xué)以致用】 2． D 3． B 【自我檢測】 1．B 2．D 3．D 4．C 5．B 6．B 7．0．56 L 1